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Temperatursensor

2006-03-16T11:09:24Z

66.31.95.54:

Will man mit einem [[Mikrocontroller]] Temperaturen messen, dann braucht man
* einen Meßwertaufnehmer, der die Wärme z.B. in eine Spannung umwandelt
* einen [[AD-Wandler]], der das Signal digitalisiert. Der kann durchaus auch schon auf dem Mikrocontroller integriert sein.

Dies gibt es nun in allen möglichen Varianten. Vom temperaturabhängigen [[Widerstand]] bis zum fertig abgeglichenen All-in-one-Bauteil mit digitalem Ausgang.

== NTC/PTC ==
NTC (Heißleiter) und PTC (Kaltleiter) sind temperaturabhängige Widerstände. Um den Widerstandswert zu messen schaltet man sie mit einem normalen Widerstand in Reihe und mißt dann den [[Spannungsfall|Spannungsabfall]]. Eine Beispielschaltung findet sich [http://www.mathar.com/msp_thermo1.html hier].

Vorteil:
* billig (Reichelt 0,29 EUR)

Nachteil:
* müssen abgeglichen werden
* brauchen A/D-Wandler

== LM335 ==
Ein [[IC]], das pro Kelvin 10mV ausgibt. In verschiedenen Bauformen erhältlich. Beispielschaltungen finden sich im Datenblatt; eine Schaltung, die mit einem Komparator (statt eines "richtigen" A/D-Wandlers) auskommt findet sich [http://medo.fov.uni-mb.si/mapp/ds_adc/ hier].

Vorteile:
* auch ohne Kalibrierung Genauigkeit von einem Grad (bei 25°C)
* relativ billig (Reichelt ab 0,87 EUR)

Nachteile:
* benötigt A/D-Wandler
* bei längerer Anschlussleitung wird sehr viel Brumm induziert

== LM334 ==
Ein [[IC]] ähnlich dem LM335 mit dem Unterschied, dass der durch das IC fließende Strom proportional von der Temperatur abhängt. Mit einer "Schaltung" (zwei Widerstände) aus dem Datenblatt kann man dann den Strom in einer Weise wandeln, dass pro Kelvin 10mV ausgegeben werden. Da die Strom/Spannungswandlung auf der Platine (und damit nahe am AD-Wandler) stattfindet und die Messung durch einen Strom stattfindet, ist die Störung durch Netzbrumm etc. viel geringer als beim LM335

Vorteile:
* auch ohne Kalibrierung Genauigkeit von einem Grad (bei 25°C)
* relativ billig (Reichelt 0,90 EUR)

Nachteile:
* benötigt A/D-Wandler
* Bereich 0°C-70°C

== DS1621 ==
Der DS1621 ist Temperatursensor und A/D-Wandler in einem. Er gibt seine Daten per [[I2C]]-[[Bus]] aus. Ein Schaltplan für einen elektronischen Thermometer mit diesem IC findet sich [http://www.myplace.nu/avr/thermo/ hier].

Vorteile:
* bereits kalibriert
* kein A/D-Wandler nötig
* da I2C ein Bus ist, kann man mehrere DS1621 und andere I2C-Bausteine zusammen anschließen und braucht dafür trotzdem nur zwei I/O-Ports.
* Genauigkeit +-0,5°

Nachteil:
* teuer (Segor 5,80 EUR; RS 3,95EUR; Conrad 4,99EUR)

== LM75 ==
Der LM75 ist so ähnlich wie der DS1621, allerdings nur in SMD erhältlich und nicht so genau. Er ist aber öfters mal auf PC-Mainboards zu finden, so dass man beim Schlachten eines solchen günstig an einen Temperatursensor kommen kann. Einen Schaltplan findet man [http://www.mcselec.com/index.php?option=com_docman&task=cat_view&gid=83&limit=1&limitstart=35 hier].

Vorteile:
* bereits kalibriert
* kein A/D-Wandler nötig
* I2C-Bus Ausgang
* billiger als DS1621 (Reichelt 2,10 EUR; RS 3V: 3,75EUR; 5V: 2,72EUR)

Nachteile:
* nur im SMD-Gehäuse erhältlich
* sehr ungenau (+-2°)

Compatible Typen: AD7415ART

== DS18S20 / DS18B20 ==
Der DS18S20 (Nachfolger des DS1820) und DS18B20 sind ebenfalls Temperatursensoren und A/D-Wandler in einem. Ihre Daten geben sie über ein 1-Wire-Interface aus, wodurch man am [[Mikrocontroller]] sogar nur einen einzigen I/O-Pin braucht. Außerdem beherrschen sie die parasitäre Stromversorgung, d.h. man braucht für Daten und Stromversorgung zusammen nur zwei Leitungen. Der DS18B20 hat per default 12 Bit Auflösung gegenüber 9 Bit Auflösung beim DS18S20.

Links:
* Einen Schaltplan findet man auf http://chaokhun.kmitl.ac.th/~kswichit/avrthermo/avrthermo.html
* Code zur Ansteuerung auf http://www.mikrocontroller.net/forum/read-4-27035.html.
* Datenblatt DS18S20: http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/DS18S20.pdf
* Datenblatt DS18B20: http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/DS18B20.pdf

Vorteile:
* bereits kalibriert
* Genauigkeit +-0,5°
* 1-Wire-Ausgang

Nachteil:
* ziemlich teuer (Reichelt 5,45 EUR)

== SHT11 ==
Der SHT11 ist ein [[Temperatursensor|Temperatur]]- und Feuchtesensor von [http://www.sensirion.com Sensirion].

Vorteile:
* einfache [[I2C]]-ähnliche Ansteuerung
* keine Kalibrierung notwendig

Nachteile:
* relativ teuer (Farnell 18,60 EUR)

== Sonstiges ==
Es gibt noch zahlreiche andere ICs für diese Aufgabe und natürlich auch viele andere Meßmöglichkeiten.

== Weblinks ==
* [http://www.sprut.de/electronic/temeratur/temp.htm http://www.sprut.de/electronic/temeratur/temp.htm] insbesondere temperaturabhängige Stromquelle und NTC/PTC inclusive Linearisierung

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GCC

2006-03-16T02:43:25Z

66.31.95.54:

GCC ist die Abürzung für '''G'''NU '''C'''ompiler '''C'''ollection und bezeichnet eine Sammlung von Compilern für verschiedene [[Programmiersprache]]n. Meist wird jedoch der [[C]]-[[Compiler]] gemeint. Daher auch die alternative Bezeichnung '''G'''NU '''C''' '''C'''ompiler.

GCC kann Code für viele verschiedene Prozessoren erzeugen, unter anderem auch für viele Mikrocontroller und DSPs (AVR, MSP430, ARM, dsPIC, Blackfin, AVR32, C166). Die Anpassung auf die jeweilige Prozessorarchitektur wurde meistens von Anwendern vorgenommen die eine Alternative zu teuren kommerziellen Compilern haben wollten, in manchen Fällen ist aber auch der Prozessorhersteller die treibende Kraft - was dann leider oft dazu führt dass die kostenlos bereitgestellte Version auf das Minimum abgespeckt ist das zur Einhaltung der GCC-Lizenzbestimmungen notwendig ist, und eine benutzbare Version einen 3-4 stelligen Betrag kostet (ADSP g21, dsPIC).

== Siehe auch ==
* [[AVR-GCC]] und [[AVR-GCC-Tutorial]]
* [[MSPGCC]]
* [[LPC-P2106]] (Anleitung zu GNUARM)
* [http://gcc.gnu.org Offizielle GCC Seite]

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Hausbus

2006-03-16T02:28:15Z

66.31.95.54:

=Anforderungen=
==Zentral/Dezentral==
Grundsätzlich kann so eine Steuerung zentral oder dezentral arbeiten (wobei natürlich auch Mischformen denkbar sind).
===Zentral===
Beim zentralen Ansatz gibt es einen Master, der zyklisch alle Sensoren (Thermometer, Lichtschalter, usw.) abfragt und dann die entsprechenden Aktionen auslöst.

+ wenig Intelligenz bei den Sensoren/Aktoren nötig
+ bei Konfigurationsänderungen keine Änderungen bei den Sensoren/Aktoren nötig.
+ keine Multimasterfähigkeit nötig
- je mehr Sensoren vorhanden sind, desto länger dauert ein Abfragezyklus.
Da so ein selbst gebauter Hausbus ja auch Raum für Erweiterungen bieten soll,
sollte man schon mit 100-200 Sensoren rechnen (Lichtschalter, Thermometer,
Glasbruchsensoren, Rauchmelder usw. usf)
- Wenn die Zentrale ausfällt, dann fällt die gesamte Steuerung auf einmal aus

Anmerkung: Falls, wie im dezentralen Fall die Sensoren von sich aus Zustandsänderungen melden, aber die Nachrichten nur an den Master schicken, entfällt der Nachteil durch das Polling.

===Dezentral===
Beim dezentralen Ansatz senden die Sensoren (z.B. Lichtschalter) Botschaften an die Aktoren (z.B. die Glühlampe).
+ Die Buslast hängt von der Anzahl Ereignisse ab und nicht von der Anzahl Sensoren.
Ein Glasbruchsensor der nie aktiv wird verursacht auch keine Buslast.
+ Keine Schaltzentrale nötig (also kein Single Point of Failure)
- Multimasterfähigkeit bei allen Sendern (also allen Sensoren) nötig.
- Konfigurationsänderungen müssen immer an den entsprechenden Aktoren/Sensoren gemacht
werden. Dazu muß man sie entweder fernkonfigurieren können oder mit dem Konfigurationsgerät
direkt an die jeweiligen Geräte.

==Geschwindigkeit==
Solange man nur ein einzelnes Wohnhaus (und nicht etwa eine Schule oder eine Fabrik) ausrüsten will und nur die üblichen Sensoren/Aktoren hat, ist praktisch jeder Bus schnell genug. Andererseits erlauben RS485 und der CAN-Bus bei den in einem Haus vorkommenden Kabellängen auch durchaus Geschwindigkeiten von 1 MBit/s, wodurch man auch andere Anwendungen damit realisieren könnte.

--> Hohe Geschwindigkeit heißt höherer Aufwand und höhere Kosten <---
Ein Hausbus sollte deshalb in der Geschwindigkeit auf die notwendigen Bedürfnisse abgestimmt sein. Folgende Rechnung läßt sich aufmachen:
Ein Frame mit einem einfachen Event z.B. "Taste 4 des Modul 0x2007 gedrückt" läßt sich mit allem Nötigen wie Priorität, Parity-Bits Anzahl Datenbytes und Checksumme in 6 "Byte" a 10Bit verpacken. Bei einer Geschwindigkeit von nur 10 KHz dauert die Übertragung ca. 6ms. Erlaubt man pro Frame max. 12 Datenbyte ergeben sich 18ms. Wobei 12 Datenbyte eigentlich nur zur Konfiguration der Knoten nötig sind. Uhrzeit, Datum, Temperaturen usw. kann man meistens mit 2 - 4 Datenbyte melden. Da mit der CAN-Topologie kollisionsfrei Daten übertragen werden und ein Hausbus im Allgemeinen keiner hohen Belastung unterliegt, ist es realistisch sonstige Verzögerungen zu vernachlässigen. Ich habe in meinem 5 Personenhaushalt den Bus nach "Bus-belegt-Verzögerungen" gescannt und in drei Monaten vier dieser Ereignisse festgestellt. Das bedeutete 12ms anstatt der erwähnten 6ms.
Warum sollte man schneller werden, wenn eine Verzögerung von 200ms in der Realität nicht fegestellt wird. Die Verzögerung einer Leuchtstofflampe empfinde ich da schon eher als störend.
Sollten wir eine Schule mit solch einem Bus betreiben und 166 Kinder stürmen in die Pause und betätigen dann alle einen Taster, verzögert sich das letzte Ereignis um nicht ganz eine Sekunde.

=Vergleich von Hausbussystemen=

(es gibt auch noch DALI für Lichtsteuerung [http://epanorama.rackhost.net/linkbak/lights.html#homeautomation epanorama])

==EIB==
+ nur 2 Leitungen für Daten, Power und GND
+ kein Abschluss-R nötig, alle Bustopologien
+ multimasterfähig
- Chips nur schwer erhältlich und teuer
- nur industrielle Module erhältlich, kein Selbstbau

==[[CAN-Bus]]==
+ Protokoll bereits im Chip
+ multimasterfähig
+ übertragunssicher (d.h. bei Übertragungsfehler werden Daten automatisch wiederholt)
+hohe Störsicherheit durch differentielle Übertragung
O Preis ist ausgewogen
- es werden 2 Leitungen Daten + Power + GND benötigt
- Abzweigungen vom Bus sind problematisch (max. 1m?)
- Abschluss-R notwendig

==RS485==
+ sehr günstig
+ Schnittstellenbausteine können direkt an den USART eines MCs angeschlossen werden
+ Buslänge von 1200 m möglich
- von Haus aus nicht multimasterfähig, muß per Software realisiert werden

==[[1-wire als Hausbus]]==
+/- zentrales System
+ sehr günstig
+ sehr einfache Verdrahtung
+ integrierte Peripheriebausteine erhältlich (Thermometer, I/O-Bausteine, etc.)
+ über einfaches Selbstbauinterface vom PC ansteuerbar
+ Bus kann mit Pullup-Widerstand direkt von einem bidirektionalen Microcontrollerpin angesteuert werden
+ professionelle Softwareinterface frei erhältlich (unterstützt bis zu acht Busleitungen)
+ mit einfachem Pullup-Widerstand maximal 200 m Buslänge zulässig
+ mit aufwendigerem aktiven Pullup maximal 500 m Buslänge zulässig
+ integrierte Interfaceschaltungen für I2C, USB und Serielle Schnittstelle erhältlich
+ ausführliche Darstellung zur Buslänge in Appnote 148 verfügbar
+ Peripherie ohne separate Spannungsversorgung möglich
+ umfangreiche Herstellerunterstützung durch technische Dokumente
- nicht multimasterfähig
- max. 75 Bausteinabfragen/sec.
- Peripherieschaltungen nur als integrierte Bausteine erhältlich
- in Software realisierte Peripherie verstößt gegen US-Patente
- keine differentielle Übertragung, dadurch deutlich störanfälliger

==[[I2C als Hausbus]]==
+ billig
+ multimasterfähig
+ viele direkt anschließbare Sensoren vorhanden
- keine differentielle Übertragung, dadurch deutlich störanfälliger
- ohne "größeren" Aufwand nur Kabellängen <10m möglich
- als "Inter-IC-Bus" zur Anwendung innerhalb von Geräten konzipiert

==Ethernet==
+ multimasterfähig
+ sehr schnell
+/- mit TP-Kabel (100 Base T) Sternstruktur, Leitungslänge bis 100 m
+/- mit Koaxkabel (10 Base 2) Busstruktur, Leitungslänge bis 185 m
- aufwändig anzusteuern (hohen Hardware- und Softwareaufwand)
- (teuer) d.h. für Selbstbau aufwendig

==Powerline==
+keine besondere Verdrahtung bzw. Installation erforderlich
+nutzt vorhandene Netzinstallation
-erzeugt ein breitbandiges Störspektrum, das über die Netzinstallation unkontrolliert abgestrahlt wird
-kann Funkbetrieb, insbesondere im Kurzwellenbereich, stören
-funktioniert ohne Phasenkoppler nur auf gleichen Phasen
-Netzteile mit vernünftigen EMI Filter filtern auch das PL Signal
-geringe Übertragungsrate
- Modems werden im Störungsfall vom RegTP außer Betrieb genommen und werden dadurch wertlos

=Links=
==Forum==

*[http://www.mikrocontroller.net/forum/list-11-1.html Hausbusforum]

==Allgemein==
*http://www.uni-weimar.de/~weiprech/hausbus/
*http://www.hausinformationssysteme.de

==CAN==
*[[CAN als Hausbus]]
*[[Hausbus Diskussion|Hausbus openscource projekt]]

==EIB==
*[http://www.opternus.de/opternus-components/Preisliste/EIB%20Preisliste%201.July%202005.pdf Chipsatz Preisliste]

==Ethernet==
*[http://www.ifas.htwk-leipzig.de/easytoweb/php/download/Verwendung%20eines%208-bit%20Microcontrollers%20zur%20Ethernet%20Vernetzung%20in%20der%20Hausautomation.pdf Diplomarbeit]

==Powerline==

* http://www.thelastinstance.de/elek/project03_4.phtml
* http://www.darc.de/aktuell/plc/index.html
* http://www.ulrichradig.de/index.html Projekte-pl-modem
[[Kategorie:Hausbus]]

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Manchester

2006-03-16T01:48:14Z

66.31.95.54:

Die '''Manchester-Codierung''' ist ein Verfahren um einen Bitstrom mit beliebig verteilten Einsen und Nullen "gleichspannungsfrei" zu machen. Das bedeutet dass auch bei einer laufenden Folge von gleichen Pegeln im Ausgangssignal regelmäßig ein Wechsel stattfindet und das Verhältnis zw. HI und LOW immer 50:50 beträgt. Das Verfahren wird besonders zur Funkübertragung von Daten benutzt, da eine Funkstrecke nur regelmäßig wechselnde Pegel übertragen kann. Zusätzlicher Vorteil ist, dass aus dem Datensignal auch gleich ein Takt zurückgewonnen werden kann. Als Nachteil wäre die Verdoppelung der Datenrate zu nennen. Der Manchestercode entsteht, wenn man das Datensignal mit einem Takt [[Logische Verknüpfungen#XOR|XOR-verknüpft]]. Er gehört zur Familie der [[NRZ]] Codierungen.

== Beispielcode (Matlab/Octave) ==

Encoder:
<pre class="code">
function [encoded] = manchester_encode(source)

encoded = [];
for i=1:length(source)
encoded(2*i - 1) = (source(i) == 1);
encoded(2*i) = (source(i) == 0);
end
</pre>

Decoder:
<pre class="code">
function [decoded] = manchester_decode(coded)

decoded = [];
for i=1:(length(coded)/2)
if coded(2*i - 1) == 0 && coded(2*i) == 1
decoded(i) = 0;
else
decoded(i) = 1;
end
end
</pre>

Beispiel:
<pre class="code">
octave:22> manchester_encode([0 1 0 0 0 1 1 1])
ans =

0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0

octave:23> manchester_decode(ans)
ans =

0 1 0 0 0 1 1 1
</pre>

== Weblinks ==

* [http://de.wikipedia.org/wiki/Manchester-Code Manchester-Code] bei Wikipedia

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